研究工具

本研究採用研究工具共有五部分，分別是「學習成就測驗之前後測」、「情感 式家教系統社會科教材」、「學習動機量表」、「認知負荷量表」。說明如下：

一、學習成就測驗之前後測

本研究根據 Bloom & Krathwohl 在 1956 年認知領域教育目標分類(A

taxonomy for educational objectives)進行試題分析，使用教材為翰林版社會 科第四冊家鄉人口單元為實驗單元，並進行學習成就測驗之前後測試題的編製，

此分類法共有六類教育目標，分別為知識（Knowledge）、理解（Comprehension）、 應用（Application）、分析（Analyze）、綜合（Synthesis）和評鑑（Evaluation）， 認知領域教育目標分類法在國內外經常被運用於編製測驗，廣為教育界所使用。

本研究以知識、理解和應用進行試題分析，並編製雙向細目表，待學習成就 初稿完成後，經過專家學者所提之意見，進行修正及刪減題目，經過歸納統整後 將題目進行預試，最後決定學習成就測驗之題目。

二、情感式家教系統社會科教材 1. 情感式家教系統流程圖

在進行情感式家教系統學習之前，會再一星期前先請老師將實驗同意書帶回 家讓家長同意這次實驗的進行，實驗一開始會先講解系統如何操作使用，之後學 習者須先進入情感式家教系統中才能進行學習，學習者先填寫學習成就前測，之 後系統會和學習者對話，透過與虛擬助教對話緩和學習者緊張情緒以及引起學習 者的學習動機。在引起學習者動機之後進入社會科的教材教學，在教學當中，前 五分鐘會密集偵測學習者的情緒，若是學習者表示教材太困難，系統會自動轉換

成較簡單的教材給學習者學習。在學習過程中，以不干擾學習者為主，但是虛擬 助教仍會偶爾在課程轉換當中詢問學習者心情如何，若是學習者感到無聊或是表 示心情不好，系統會給與適當的小遊戲，幫助學習者學習或是轉換心情。在課程 結束之後，必須填寫問卷-學習成就後測、學習動機量表、認知負荷量表和系統 使用性量表，除了學習成就後測之外，其它量表需由教學者逐步和學習者共同填 寫，情感式家教系統的流程如圖 3-3 表示。

圖 3- 3 情感式家教系統流程圖 進入情感式家教系統

偵測學習者情緒 社會科教材教學 學習成就前測

填寫問卷

學習成就後測、

學習動機量表、

認知負荷量表 系統使用性量表 受測者同意實驗

實驗解說 實驗開始

實驗結束

2. 情感式家教系統社會科教材 2.1 系統環境

情感式家教系統因本研究有臉部偵測之功能，必須準備一台 Webcam 進行偵 測之工作。系統環境方面使用 C#高階程式語言，由 Microsoft Visual Studio2008 所開發環境。因系統的問卷和學習網站須和網路連結，所以電腦需有與網際網路 連線的功能。本系統分成兩大主軸，情感辨識以及課程教學，臉部辨識和語意辨 識是情感辨識部分，另外課程教學包含了教學策略、虛擬助教和社會學習領域教 材（林敬偉，2011）。臉部辨識模組是以開放式涵式庫 EmguCV 為發展工具，語意 辨識模組是以 Lin, Hsieh, Wang & Lon(2012)所提出的 SeCeVa(Semantic Clues Emotion Voting Algorthm)與 SVM 的辨識做為語意辨識的方法。本系統建置流程 圖 3-4 為先透過系統規畫情感式家教系統的架構，分成五大模組分別為臉部辨 識、語意辨識、教學策略、虛擬助教以及社會學習領域教材模組，透過模組的建 置及整合，組合成為情感式家教系統，並且經過測試之後發現需要修改的地方，

進行系統修正再度進行測試直到測試完成。學習者透過系統介面進行課程學習 時，Webcam 會進行臉部偵測將資料傳送至後端臉部辨識情緒以及在和學習者對 話當中也是將資料傳送至後端語意辨識情緒，辨識情緒後將蒐集的資料給教學策 略模組進行教材的分配以及虛擬助教的回饋，虛擬助教會將應對的對話傳送到系 統介面和學習者互動，而教材的部分會給予學習者適當的教材。

圖 3- 4 系統建置流程圖(林敬偉，2011) 測臉部位置，Webcam 輸入影像後，使用目標檢測法，將已經訓練好的分類器做 臉部特徵與人臉情緒特徵的辨識，透過分類器辨識出人臉，接著將偵測區域限於

圖 3- 5 臉部辨識流程圖(簡明寬，2011) Webcam

輸入影像

III.連接語意，如：感覺困惑且擔心，困惑和擔心相同是負面情緒，所以情 緒成立

b.處理語意結構

語意辨識方法架構為先進行關鍵字配對，配對成功就使用斷詞方法，將一句 話分割成字串，再根據字串內容進行情緒與語意辨識，最後依照語意結構判斷最 終情緒，如圖 3-6 所示。

圖 3- 6 語意辨識方法架構圖(林敬偉，2011)

當然，一句話中不可能只有一種情緒，有時候會產生兩種以上的情緒，可能 都是正向或負向也可能有正向或負向，若是不仔細的判斷，將會降低判斷的準確 率，本研究進行研究之後，定義語意判斷兩種情緒以上所採取的邏輯規則，兩種 情緒是由轉折或連接詞所連接，分成六大項，若是正向+轉折+負向或是負向+轉 折+正向，則判斷邏輯為真正情緒為轉折之後的情緒；若是正向+連接+負向或是 負向+連接+正向，則視為複合情緒，這方面系統採取不處理；若是正向+連接+

正向或是負向+連接+負向，前者則視為正向情緒，後者則視為負向情緒(林敬偉，

2011)。

斷詞 得到詞性 關鍵字配對

判 斷 詞 性

情緒詞

語意詞

正面情緒 負面情緒

否定 轉折 連接

處理語意訊息 得到情緒

2.2 系統介面說明

情感式家教系統模擬介面共分為五部份，分別為功能表、課程內容區、臉部 辨識區、語意對話區及虛擬助教回饋區，如圖 3-7 所示。

圖 3- 7 系統介面圖(一)

在圖 3-7 中，功能表有可以瀏覽課程內容的選項，如：上一頁、下一頁及重 新整理等，方便學習者在學習時使用的功能，另外，系統選項則是包含系統說明、

調整臉部辨識參數及結束系統等選項；課程內容方面，包含目錄、電子書教材和 影片教材。臉部辨識區，在學習者進入系統後，和虛擬助教有所互動(如：回答 問題)之後，此區塊會被開啟並紀錄學習者的表情開始辨識功能，如圖 3-8，若 是想停用可以使用右上角的按鈕，停止臉部辨識功能；語意對話區，學習者可以 在對話輸入框中輸入想表達的話語，傳送只需要按下發送訊息的按鈕或是直接按 Enter 鍵即可送出，對話輸入框上方則是與虛擬助教的對話內容；虛擬助教回饋 區，從語意對話區或是臉部辨識區判斷學習者目前的情緒，進而和學習者互動。

功能表

課程內容

臉部辨識

語意對話

虛擬助教

圖 3- 8 系統介面圖(二) 2.3 情感式家教系統融入社會學習領域教學策略

在 Keller(1983)所提出的 ARCS 模式中，利用引起注意、切身相關、建立信心與 感到滿足四個要素提昇學習者學習動機，本研究以 ARCS 模式為參考發展出情感 式家教系統課程教材教學策略。在課程開始前，虛擬助教會詢問學習者今天的心 情，藉由以語意辨識來辨別學習者當下的情緒，如：問學習者今天心情好嗎？當 學生看到此系統的虛擬助教，會刺激學生的好奇心引發學生學習動機，這方面是 採用 Keller 的 ARCS 模式中的 Attention 引起注意的部分，學習者必須回答才能 進行課程；接下來告知學習者此單元的學習目標，每堂課都有每堂課要達成的目 標而且都和學習者的生活息息相關以及接下來的影片部分都和學習目標以及生 活息息相關，如：影片的會告訴學生如何查詢家鄉的人口，可以透過網路或是拜 訪戶政事務所，讓學生產生積極的學習態度，這方面是採用 Keller 的 ARCS 模式 中的 Relevance 切身相關的部分；另外在使用系統當中，若是學生有產生負面情 緒，虛擬助教會給予情緒上的安撫，幫助學生相信有掌握能完成它的能力，這方 面是採用 Keller 的 ARCS 模式中的 Confidence 建立信心的部分；最後，學習完 之後，學生會因為學習此系統在課程結束後，馬上有機會利用所學，配合老師的 學習單部分，請學生回家查詢家鄉的人口部分，學生可以利用網路或是其他方式 課程內容

臉部辨識

語意對話

虛擬助教

進行調查，這方面是採用 Keller 的 ARCS 模式中的 Satisfaction 感到滿足的部 分。

教材分為電子書以及動畫兩種，如圖 3-8 及 3-9 所示，課程開始後前五分鐘 會偵測學習者情緒，學習者開始學習時觀看影片，明白這堂課所要學習的目標，

之後觀看電子書。

圖 3- 9 動畫教材

圖 3- 10 電子書教材

課程開始時，臉部辨識會自動開啟和語意辨識同時偵測學習者的學習狀況與 心情。臉部辨識的功能主要在於學習者學習課程時自動偵測學習者情緒，若是學 習者情緒持續一段時間都是負面的狀態則會給予回饋，詢問是不是有什麼地方看 不懂或是需要幫忙(黃祖菁，2012)，可能課程前面不太懂但是到課程後面有解釋 學習者懂了課程所要表達的意思，如此一來，臉部辨識偵測到的情緒不會立即給

予回饋，而是會觀察一段時間再給予回饋，也避免太多回饋而導致學習者無心學 習；語意辨識的功能在學習時，虛擬助教會詢問學習者心情即時給予回饋，若是 學習者學習過程臉部表情顯示心情愉悅，虛擬助教也會詢問是否有令人開心的 事；但如果學習者學習過程中，臉部表情顯示心情不悅或是驚訝，經由內部計數 器，則會跳到小遊戲供學習者轉換心情，但是小遊戲的轉換次數最多不超過兩

予回饋，而是會觀察一段時間再給予回饋，也避免太多回饋而導致學習者無心學 習；語意辨識的功能在學習時，虛擬助教會詢問學習者心情即時給予回饋，若是 學習者學習過程臉部表情顯示心情愉悅，虛擬助教也會詢問是否有令人開心的 事；但如果學習者學習過程中，臉部表情顯示心情不悅或是驚訝，經由內部計數 器，則會跳到小遊戲供學習者轉換心情，但是小遊戲的轉換次數最多不超過兩